Programme national de planétologie (PNP)

10 octobre 2018

Politique scientifique du Programme

Le Programme National de Planétologie, placé sous la responsabilité conjointe des domaines Astronomie-Astrophysique et Terre Solide de l’INSU, est animé par Janne Blichert-Toft (LGL, Lyon), président, et Alessandro Morbidelli (Lagrange, Observatoire de la Cote d'Azur), directeur, pour la période 2015-2019. Deux aspects structurants importants pour notre communauté doivent être pris en compte : l’existence de grands axes implicites dans la recherche en planétologie actuellement, et le rôle très important de soutien aux missions spatiales confié par le CNES au PNP. Le PNP est structuré autour de cinq grands thèmes : les systèmes extrasolaires, l’origine du système solaire, l’intérieur de la Terre et des planètes, les surfaces et enveloppes planétaires, et enfin l’environnement primitif des planètes. Le CS du PNP souhaite favoriser le développement et la structuration de la communauté planétologique autour de ces cinq thèmes fédérateurs. Cependant, il pourra considérer des propositions d’intérêt scientifique particulièrement important ne rentrant pas dans le cadre de ces grands thèmes.

Le Programme sera financé, comme les années précédentes, par des contributions du CNES et de l’INSU (domaines AA et TS). Malheureusement, le budget du PNP est faible par rapport à ses ambitions et à la pression de sa communauté. En 2015 le facteur de pression a été de 2,4. Par conséquent, le CS est désormais très exigeant sur la qualité des demandes.

Orientations scientifiques et responsabilités du PNP

Le Programme National de Planétologie a pour vocation de soutenir l’ensemble des activités de recherche relevant de la planétologie en France, depuis l’étude des planètes telluriques jusqu’à l’étude et à la détection des planètes et des systèmes planétaires extrasolaires. Les cinq thèmes fédérateurs du PNP, qui sont issus du travail récent de réflexion mené par le PNP en 2009 et en 2014 et qui sont en adéquation avec la politique d’exploration spatiale de notre pays, sont :

Systèmes extrasolaires
Origine du système solaire
Intérieur de la Terre et des planètes
Surfaces et enveloppes planétaires
Environnements primitifs des planètes

Cette configuration du programme autour d’un petit nombre de thèmes forts se traduira par l’attribution de financements spécifiques à des sujets jugés prioritaires et/ou en émergence dans le cadre de ces thèmes, et autour desquels il apparaîtra important de coordonner les travaux de plusieurs équipes aux compétences complémentaires. Cependant, des sujets particulièrement intéressants bien que ne relevant pas directement de ces cinq thèmes seront également évalués par le CS du PNP.

Le Comité Scientifique poursuivra naturellement le nécessaire soutien aux missions spatiales achevées depuis plus de 2 ans (dont l’analyse des données se poursuit), en cours et en préparation.

Enfin, le CS entend jouer un rôle d’animation de notre communauté en mettant en place et en finançant des ateliers s’inscrivant dans chacun des thèmes fédérateurs.

Structure de l'appel d'offres et procédure d'examen des propositions

Le PNP sollicite deux types de réponses au présent appel d’offres :

1. Des réponses s’inscrivant dans le cadre des thèmes fédérateurs établis par le Comité Scientifique. Ces réponses doivent bien sûr correspondre à la définition de ces thèmes, et peuvent comprendre, en soutien au projet scientifique, des demandes de financement en fonctionnement et/ou en équipement. Les propositions seront ensuite évaluées à l’intérieur de comités de thèmes, sous-ensembles du CS. L’arbitrage final entre thèmes sera effectué par le CS réuni au complet.
2. Des réponses s’inscrivant plus largement dans les thématiques du PNP sans correspondre à un des cinq thèmes prioritaires («thème blanc»). Ces réponses peuvent comprendre des demandes d’équipement et/ou de fonctionnement. Elles seront traitées, évaluées et financées directement par le Comité Scientifique.

Le Comité Scientifique arbitrera entre ces différentes demandes sur la base de ses critères d’évaluation et de sélection (cf. V) et proposera à l’INSU et au CNES la répartition budgétaire résultant de cet arbitrage.

Présentation des cinq thèmes fédérateurs

Thème 1 : Systèmes extrasolaires
Coordinateur : S. Raymond

Ce thème est destiné à mieux caractériser les systèmes planétaires extrasolaires dans toute leur diversité et à comprendre leur évolution et leur lien avec le système solaire. Ses champs prioritaires sont :

La détection de planètes extrasolaires : Les techniques de recherche d’exoplanètes sont variées (vélocimétrie, transits, détection directe, astrométrie, microlentilles). Les systèmes découverts aujourd’hui sont également très divers, et l’exploration de cette diversité est un thème majeur. Cela concerne en particulier la recherche d’exoplanètes autour d’étoiles de différents types, dans des systèmes multiples, ou encore la recherche de planètes telluriques, éventuellement situées dans la zone habitable de leur étoile.
La caractérisation des planètes extrasolaires : Les exoplanètes identifiées par transit ou détectées directement peuvent être étudiées physiquement. Ce domaine d’étude est en progression rapide aujourd’hui. On peut ainsi contraindre par spectroscopie la composition chimique de leur atmosphère, leur structure interne ou encore leur champ magnétique.
L’étude de l’habitabilité : Déterminer les planètes potentiellement habitables est un enjeu primaire en vue d’efforts futurs de détection de bio-signatures. Ces recherches peuvent être abordées à la fois d’un point de vue de modélisation que d’observation.
L’étude des systèmes planétaires jeunes : La formation des systèmes planétaires est un sujet majeur du PNP. Aujourd’hui il est essentiel d’étudier et de caractériser les jeunes systèmes extrasolaires. Cela concerne les disques circumstellaires en général, et en particulier les disques de transition et les disques de débris qui présentent tous des structures non-axisymétriques semblant indiquer un confinement dynamique par des planètes.
La modélisation théorique : La diversité des systèmes découverts aujourd’hui nécessite un effort de modélisation accru pour en comprendre l’origine. Il faut modéliser la formation des planètes elles-mêmes, mais aussi l’évolution dynamique ultérieure en fonction de l’environnement. Ces études doivent aussi replacer dans ce contexte le système solaire et ce que nous savons (ou croyons savoir) de sa formation.

Thème 2 : Origine du système solaire
Coordinateur : J.A. Barrat et N. Biver

Ce thème est destiné à mieux comprendre comment, à partir d'une nébuleuse primitive, les planétésimaux ont pu se former et évoluer vers des corps planétaires, en aboutissant au système solaire tel que nous le connaissons, avec ses planètes et ses populations de petits corps. Ce thème s'intéresse spécifiquement :

à la composition de nébuleuse protosolaire (incluant les héritages nucléosynthétiques), aux processus précoces (irradiation, condensation, accrétion), ainsi qu'à la caractérisation chronologique de ces processus telle qu'elle peut être abordée par l'étude des chronomètres radioactifs.
à l'inventaire et la caractérisation des petits corps du Système Solaire, particulièrement ceux pas encore bien connus dans le système solaire lointain (les Troyens de Jupiter et Neptune, les objets de Kuiper). En effet, l'observation et la caractérisation physique, chimique et si possible minéralogique des petits corps peuvent apporter des informations uniques et indispensables à notre connaissance du système solaire et de sa formation.
à la modélisation numérique de la formation des planètes et de leurs précurseurs (planétésimaux, embryons planétaires), de leur dynamique lors de la formation et des conséquences de celles-ci sur la structure orbitale des populations des petits corps. Un rapprochement avec la communauté cosmochimique est fortement encouragé afin de pouvoir utiliser les traceurs cosmochimiques (par exemple, rapports isotopiques) et les contraintes chronologiques comme paramètres de calage et validation des modèles.

La comparaison des propriétés spécifiques du système solaire avec l'ensemble des propriétés statistiques des systèmes extrasolaires dans l'effort de comprendre la diversité des systèmes planétaires et leur origine est un axe de synergie entre les thèmes 1 et 2 du PNP.

Thème 3 : Formation, Structure, Évolution et Dynamique Interne des planètes Telluriques (FSEDIT)
Coordinateur : M. Lebars

Ce thème concerne l’étude de la structure et de la dynamique interne des planètes telluriques et de la Terre en particulier, depuis leur formation jusqu’à nos jours. Les études transdisciplinaires et/ou comparatives sont particulièrement encouragées. Sont entre autres concernées, les études portant sur :

Les propriétés physiques et de transport (rhéologie, élasticité, conductivité thermique et électrique, …) que l’on peut en déduire ou directement observer.
Les différents phénomènes qui ont pu se produire dans le passé, ainsi que ceux qui sont encore actifs (différenciation et convection primitive, déclenchement et fonctionnement de la tectonique des plaques sur Terre, nature de la convection dans les autres planètes telluriques, rôles des panaches et de la stratification, …).
L’histoire thermique de la Terre et des planètes telluriques, notamment en relation avec l’évolution des régimes convectifs.
Le rôle des phénomènes dynamiques rapides affectant les noyaux planétaires.
La nature et le rôle des interactions graine-noyau-manteau, à toutes les échelles de temps, notamment dans le contexte de l’étude de l’évolution des champs magnétiques.
Le rôle des interactions lithosphère-asthénosphère, notamment dans le contexte de la convection mantellique.
Les conséquences de la dynamique interne sur la surface des planètes.
L’interprétation dynamique à l’échelle planétaire de l’ensemble des observables (tomographie, topographie, anomalies du géoïde…).

Thème 4 : Surfaces et enveloppes planétaires
Coordinateur : Th. Fouchet

Ce thème a pour objet la compréhension de la structure de la surface, l’atmosphère et la magnétosphère des corps planétaires ainsi que de leur évolution depuis l’époque de formation. Ses champs prioritaires sont :

Les couplages entre dynamique - chimie - magnétosphère - rayonnement ainsi que les problèmes d'échappement atmosphérique. Ces thématiques sont centrales pour la compréhension des atmosphères de Titan, des planètes géantes et des planètes telluriques.
L'interaction des plasmas solaire et magnétosphérique avec les hautes atmosphères, les ionosphères ou les régolites.
La géomorphologie de Mars et ses relations avec, d'une part la tectonique et d'autre part l'existence d'eau. Les approches observationnelles (grâce à l'apport des prochaines données satellitaires de Mars), et expérimentales (par modélisation numérique ou analogique) sont particulièrement souhaitées.
La géomorphologie de Venus et de Titan.

Dans ce cadre, les projets visant à préparer et soutenir directement l'analyse et l'interprétation des données des missions spatiales en cours et à venir sont considérés prioritaires. Ces projets peuvent inclure notamment les analyses de laboratoire, les observations au sol coordonnées avec les observations spatiales, et l'analyse de données déjà existantes disponibles pour la communauté internationale.

Thème 5 : Environnements primitifs des planètes
Coordinateur : M. Boyet

Explorer et comprendre l’environnement dans lequel l’activité biologique s’est développée sur la Terre, il y a plus de 3,5 milliards d’années, est le premier enjeu de ce thème. Les objectifs prioritaires sont les suivants :

Contraindre les paramètres externes qui ont influencé l’environnement sur la Terre primitive : le bombardement par les planétésimaux au cours du temps, les apports extraterrestres en éléments volatils et en matière organique, la protection des surfaces planétaires par les atmosphères et les magnétosphères etc.
Comprendre les conditions environnementales qui prévalaient sur la Terre Primitive - essentiellement durant l’Hadéen et l'Archéen - et qui règnent peut-être encore aujourd’hui sur d'autres corps planétaires, dont tout naturellement la planète Mars. La formation et l'évolution précoce de l’atmosphère et des océans, les messages pétrologiques de l’Hadéen, les analyses géochimiques et organiques des sédiments de l’Archéen, sont autant de directions de recherche que le thème souhaite encourager.
Comprendre l’évolution géochimique (éléments majeurs, isotopes stables et radiogéniques) de la Terre et des planètes telluriques lors de différenciation croûte/manteau et les conséquences de cette différentiation sur les compositions en profondeur. Quand et comment s’est mise en place la première croûte océanique ? A-t-on des traces du bombardement extraterrestre dans les roches profondes de la Terre ?

Les projets considérés par le thème peuvent aborder ces problématiques sous plusieurs angles : (1) par des analyses géochimiques et minéralogiques d’échantillons naturels, (2) par des modélisations théoriques, (3) par des expériences de laboratoire permettant d’étudier les conditions initiales de la planète et, (4) en faisant des analogies avec les analyses des roches et des surfaces lunaire ou martienne.

Cette thématique vise donc à reconstituer les conditions qui ont présidé à l'origine moléculaire de la vie et à l’établissement des structures internes de la Terre. On notera que les axes de recherche développés ici se distinguent clairement de ceux de l'Exobiologie en se limitant à la cosmochimie organique. Ils ne comprennent pas les problèmes de la Vie dans les conditions extrêmes, de l’archéobiologie, de la biochimie moléculaire, des synthèses organiques dans l'atmosphère primitive de la Terre, mais se focalisent plutôt sur la reconstitution géologique de la planète “inaccessible”.